聚丙烯腈基预氧化纤维环化程度及力学性能的表征

以聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝为原料制成预氧化纤维(PANOF),采用芳构化指数(AI)和差热分析法测定了PANOF的环化指数,研究了预氧化温度和时间对其环化程度和力学性能的影响。结果表明,AI实际上反映了吡啶环与氰基间交联程度。在吡啶基与氰基间的交联点数未达到极大值前,AI才能表征PANOF的环化程度。随预氧化温度升高和预氧化时间的延长,PANOF的环化程度提高,断裂强度和断裂伸长率降低。     

金属离子对聚丙烯腈纤维预氧化过程的影响

采用浸渍的方法将不同种类金属离子Na、Ca、Fe引入聚丙烯腈(PAN)纤维,并将PAN纤维在空气中进行预氧化处理。借助于原子吸收光谱(AAS)、元素分析(EA)研究了PAN预氧化纤维的组成;通过X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热分析(DSC)、热失重(TG)等多种表征手段,研究了PAN预氧化纤维的结晶结构、化学反应及热性能,从而研究了金属离子对聚丙烯腈纤维预氧化过程的影响。从多种表征手段的研究结果表明,金属离子影响了PAN纤维预氧化进程,具体表现为添加金属离子后,PAN预氧化纤维组成改变,密度降低,代表分子环化反应所产生的六元环特征衍射峰增长缓慢,代表原丝结晶结构的特征衍射峰消失迟缓,代表环构化的官能团较少,含有金属离子的PAN预氧化纤维由于预氧化不足导致在氮气气氛下放热量增加,热失重增加。     

聚丙烯腈纤维孔隙结构对预氧化的影响

采用湿法纺丝,通过不同的牵伸条件,制备具有相同的化学组分和不同孔隙率(体密度)的聚丙烯腈纤维,然后在相同的条件下预氧化。借助红外吸收光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、差示扫描量热(DSC)等表征手段对原丝和预氧丝的环化度、皮芯结构及预氧丝横截面的氧径向分布进行分析对比。实验结果表明,随着孔隙率降低(体密度增加),纤维径向的氧含量梯度变大,皮芯结构趋于严重。     

硼酸改性对聚丙烯腈纤维预氧化的影响

通过在线监测聚丙烯腈(PAN)纤维的热收缩应变和应力,研究了硼酸改性对PAN纤维预氧化的影响。试验结果表明:随着硼酸溶液浓度的增加,PAN纤维化学反应的起始和结束温度向高温方向移动,化学收缩量降低,预氧化纤维体密度逐渐降低,硼酸对PAN纤维化学反应有抑制作用;硼酸对分子内环化和分子间交联反应的抑制可有助于预氧化纤维均质化程度的提高,并可防止PAN纤维表面在较高温度下被过度氧化。     

一种表征聚丙烯腈纤维预氧化程度的新方法

在工业化连续碳纤维生产线上,对干喷湿纺和湿纺的聚丙烯腈(PAN)原丝进行对比实验,跟踪了这两类原丝在预氧化和碳化过程中力学性能的变化规律。采用密度仪、纤维单丝断裂强力仪等测试分析了不同预氧化条件下预氧化纤维的力学性能与相应碳纤维力学性能之间的内在联系。结果表明,碳纤维的力学性能与预氧化纤维的断裂强力密切相关。通过与不同的预氧化程度表征方法相比较,提出了以预氧化纤维的强力损失率作为表征PAN纤维预氧化程度的新方法。     

聚丙烯腈纤维的预氧化技术

目前,世界炭纤维产量的90％左右是由聚丙烯腈纤维生产的。在由聚丙烯腈纤维向炭纤维的转化过程中,预氧化是一重要工序。如果说高质量原丝是制取高性能炭纤维的前提,那么合理预氧化炉的设计和最佳工艺参数的选择则是制造优质炭纤维的必备条件。从预氧化,炭化和石墨化工序所需时间来看,预氧化所需时间最长,是控制产量的主要因素。所以,炭纤维的质量和产量都与预氧化工序息息相关。研究这一过程历来受人重视,直至今天仍是一个重要的研究课题。本文就预氧化反应、设备、工艺以及预氧化程度的控制作一评述。     

羟胺改性对聚丙烯腈预氧化纤维低温碳化的影响

分别将未经过与经过盐酸羟胺处理的预氧化纤维在氮气(99.999%)气氛下,以5℃/min的升温速率加热至800℃进行低温碳化。通过定量傅里叶变换红外光谱、差示扫描量热分析、热失重分析等手段研究了羟胺改性对预氧化纤维在低温碳化过程中的影响。结果表明:羟胺改性可以使原来环化不完全的预氧化纤维在较低温度下进一步环化,从而提高了其热稳定性和碳化收率,所得碳纤维的性能也得到了较大幅度的提高。     

聚丙烯腈纤维预氧化工艺条件对孔隙结构的影响

借助场发射扫描电镜和小角X-射线散射对聚丙烯腈纤维的孔隙结构进行了研究。结果表明,聚丙烯腈纤维中的孔洞多为长条形且具有取向性的微孔。在预氧化温度区域,孔隙结构参数(平均孔径和孔隙率)变化不明显;但随着拉伸比的增大,其均呈下降趋势。因此,对聚丙烯腈纤维孔隙结构在预氧化过程中演变情况的研究,为进一步探讨孔隙结构对预氧化过程的影响奠定了基础。     

聚丙烯腈预氧丝预氧化程度表征分析

为考察红外光谱与热分析对聚丙烯腈原丝预氧化程度表征的准确程度,用傅里叶变换红外光谱仪、综合热分析仪等对PAN原丝及其预氧丝进行了测试。对红外光谱测试中各影响因素进行了探讨,并依此对不同预氧丝的红外光谱及相对环化率进行了分析。对原丝及预氧丝在不同气氛下的热性能进行了比较,并对其环化度进行了分析。结果表明:红外光谱与热分析均能定性反映出预氧丝的预氧化程度,而定量计算出的相对环化率则不具可比性,环化度会较真实值偏高。     

聚丙烯腈纤维预氧化前处理研究进展

综述了前人在聚丙烯腈原丝预氧化前处理方面的研究成果,介绍了前处理的作用机理及作用效果。研究发现,聚丙烯腈原丝的改性处理可显著提高纤维的结构和性能,并影响原丝在预氧化过程中的热力学和动力学,进而影响最终碳纤维的质量。     

Fe~(3+)对聚丙烯腈纤维预氧化反应的影响

在空气气氛中对含有Fe3+的聚丙烯腈(PAN)纤维进行预氧化处理,研究了Fe3+对PAN纤维氰基环构化和纤维结构的影响及其影响机理。结果表明:在相同的预氧化条件下,含有Fe3+的PAN纤维的预氧化程度较低,添加Fe3+后,减缓了PAN纤维预氧化进程;含有Fe的PAN预氧化纤维的体密度较低,氮气气氛下,热失重增加;在PAN纤维预氧化时,纤维表面的Fe元素大部分以Fe3O4的形式包覆在纤维表面,阻碍氧的扩散,延缓PAN纤维预氧化进程。     

硫酸处理聚丙烯腈预氧化纤维的研究

采用不同浓度的硫酸对聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维进行处理。介绍了硫酸对PAN预氧化纤维的作用机理,探讨了硫酸浓度和处理时间对PAN预氧化纤维结构和质量的影响。通过扫描电镜(SEM)观察并定量评价纤维皮芯结构。借助傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)手段对硫酸处理的PAN预氧化纤维的化学组成和晶体结构进行表征。结果表明:PAN预氧化纤维经过不同浓度硫酸处理后,通过SEM能够观察到预氧化纤维的皮芯结构,经98%硫酸处理2 min后出现孔洞,在10 min后芯部比例为10.9%,趋于稳定;在硫酸处理过程中,纤维中氰基发生水解,环化结构(C=C/C=N)特征吸收峰因化学环境的改变而红移;PAN微晶结构受到硫酸破坏,预氧化纤维环化结构仍然保存。     

聚丙烯腈纤维的固相预氧化工艺

制造炭纤维时,采用纤维固相预氧化新工艺可提高炭纤维的力学性能,增加产量20倍,降低成本50％。是一项值得采用的新预氧化方法,本文阐述这一新工艺的特点及各项工艺参数。     

聚丙烯腈纤维在预氧化过程中的分子运动

本文主要叙述用动态力学试验方法研究碳纤维原丝(PAN纤维)在不同温度的连续预氧化处理中的动态力学性能、结构及热变形行为的相关性,为制备优质的碳纤维提供依据。     

氧化聚丙烯腈纤维

<正> 氧化聚丙烯腈纤维——国内亦称"预氧丝"是生产碳纤维的中间产品,也可以作为独立产品出售。近十年来英国、联邦德国、日本、以色列、美国、南朝鲜等均有工业化产品销售。将带有羧基的乙烯类单体为共聚组分的腈纶大丝束在210—280℃的空气中控制张力     

Cu盐对聚丙烯腈预氧化纤维增强作用研究

<正> 一 引言 在碳纤维的生产过程中,PAN纤维经过热稳定化处理成为预氧化纤维(PANOF),再经过高温碳化,制成碳纤维。随着热稳定化温度的升高和时间的增长,大分子链上的氰基发生环化聚合,生成稳定的梯型结构:     

聚丙烯腈纤维预氧化工艺条件对其结构和性能的影响

密度、氧质量分数和芳构化指数是判断预氧化程度的参数,借助密度分析、X射线衍射、元素分析等技术,研究预氧化工艺条件对密度、氧质量分数和芳构化指数的影响。研究结果表明,随着预氧化温度的升高,密度、氧质量分数和芳构化指数均增大;随预氧化时间的增长,密度、氧质量分数也增加,牵伸和原丝纤度对氧质量分数影响不大。     

臭氧预氧化聚丙烯腈纤维工艺条件的研究

通过在线监测聚丙烯腈纤维的热收缩行为,对臭氧预氧化工艺条件进行了研究。实验结果表明:超过150℃通入臭氧会引起纤维分子链断裂,对预氧化不利;低温下恒温,臭氧预氧化效果不明显;恒温温度过高,加快了臭氧的分解,臭氧预氧化的效果也不明显,因此最佳的恒温温度应为125℃。同时对恒温时间进行了优化,发现当恒温时间达到1h,臭氧会引起晶区PAN纤维分子链的断裂,对预氧化不利,因此最佳恒温时间应为0.5h。     

聚丙烯腈纤维及其预氧化前处理的研究进展

综述了聚丙烯腈纤维的预氧化前处理研究,并介绍了近年来我国聚丙烯腈纤维的最新研究进展,最后指出了今后聚丙烯腈纤维的发展方向。     

聚丙烯腈纤维预氧化生产的在线动态研究

采用DSC、FT-IR、AE、TG-MS、XRD和SEM等分析手段,对连续生产的PAN预氧化纤维的各阶段取样研究。DSC、FT-IR和AE分析表明,在预氧化过程中,主要发生线型分子链的氧化、环化反应,最终形成耐热、不溶不熔的稳定结构;TG-MS分析结果表明,纤维在氧化环化的同时,不断地放出小分子物质,且随着预氧化程度的加深,释放小分子的量逐渐减少,释放温度向高温方向移动;XRD分析显示,晶区的特征衍射峰强度的锐减和非晶区衍射峰强度缓慢增强是纤维内部结构重组的信息,更是表明预氧化反应以晶区为主的重要标志;SEM分析结果表明,预氧化反应不足的纤维,有不同程度的皮芯结构形成,易被有机溶剂腐蚀形成孔洞和溶胀现象。